摘 要:重要介绍钛合金及铸造工艺,以航空出产中发现的TC4锻件铸造缺点并改进工艺的过程为例,分析了钛合金铸造的工艺特点及在航空工业中的利用和发展远景。

1、、概述

随着我国国民经济、、科学技术的大发展,航天、、航空工业近年迎来了新的发展契机,尤其在国度“大飞机”项目立项后,民用航空制作产业将成为引领国民经济发展的新的经济增长点,有着辽阔的发展远景。民用航空制作企业为了不休提高飞机的先进性、、靠得住性、、合用性,增长国产飞机的国际市场竞争力,对航空制作资料的选择要求越来越高;钛合金的重要特点是比重小,强度高,同时拥有优良的耐热、、耐侵蚀机能,成为现代飞机受力构件的主选资料,大大减轻了飞机重量,其中TC4(Ti-6AL-4V)和TB6钛合金锻件在航空制作中利用较多。

2、、钛合金及铸造工艺的分类

凭据室温显微组织,钛合金可分为三种类型:α型合金、、α+β型合金和β型合金,其中α和α+β型合金的热塑性与变形速度关系不大,而β型合金有优良的可锻性但温度过低可能引起α相沉淀。钛合金的铸造工艺按铸造温度与β转变温度的关系,分为通例铸造与高温铸造。

2.1 钛合金的通例铸造

常用变形钛合金通常都是在β转变温度以下铸造的,称为通例铸造。凭据坯料在(α+β)相区加热温度的凹凸,可细分为上两相区铸造与下两相区铸造。?

2.1.1 下两相区铸造

下两相区铸造通常是在β转变温度以下40～50℃加热铸造,此时初生α相和β一样时参加变形。变形温度愈低,参加变形的α相数量愈多。与β区变形相比,鄙人两相区域β相的再结晶过程急剧加快,再结晶形成的新的β晶粒不仅沿变形的原始β晶界上析出,并且在β晶界内和α片层间的β中央层内出现。经这种工艺出产的锻件强度很高,塑性较好,但其断裂韧性与蠕变机能还有很大潜力。

2.1.2 上两相区铸造

它是在β/(α+β)相变点以下10-15℃的温度下始锻。其变形后的最终组织含有较多的β转变组织,可提高组织的蠕变机能和断裂韧性;使钛合金塑性、、强度、、韧性兼得。

2.2 钛合金的高温铸造

也称为“β锻”,分为两种:第一种是坯料在β区加热,在β区起头并实现铸造的工艺步骤;第二种是坯料在β区加热,在β区起头铸造,并节制很大变形量在两相区实现铸造的工艺步骤,简称为“亚β锻”。与两相区铸造相比,β铸造能得到较高的蠕变强度和断裂韧性,还有利于钛合金周委顿机能的提高。

2.3 钛合金的等温模锻

该种工艺利用了资料的超塑性及蠕变机理来出产较复杂锻件,要求模具预热并维持在760～980℃的领域内;液压机以预约的值施加压力,压力机的工作速度由毛坯的变形抗力自动调节。由于模具改为加热的,不必要选取那么快的活动横梁去预防急冷。飞机上用的很多锻件都拥有薄壁和肋高的特点,故在航空制作中该种工艺得到了利用,如国产某型机的TB6钛合金等温精模锻件工艺。

3、、TC4锻件缺点分析及工艺改进

3.1 TC4锻件缺点的出现及分析

某厂按航标进行TC4锻件试出产时,检测出试件几项锻件机能指标不合格,其中“缺口应力断裂”指标小于5小时,针对此问题,首先应从TC4的金相组织状态分析,而后从铸造工艺找原因。

3.1.1 TC4的金相组织状态特点

TC4钛合金属α+β型钛合金,组成为Ti―6AL―4V,退火组织为α+β相,含有6?的α不变元素铝,通过固熔强化使α相的强度得到提高,钒不变β相的能力较小,因而退火组织中β相的数量较少,约莫占7-10?。

TC4合金在分歧的热处置和热加工前提下,根基相α、、β的比例、、性质和状态是很分歧的。TC4合金的β转变温度在1000℃左右,若将TC4加热到950℃,空冷后所得组织为初生α+β转变组织;如加热到1100℃、、空冷,则得到粗壮的齐全转变的β相组织,称为魏氏组织。若是加热和变形同时作用,影响越发显著,将TC4合金加热到β转变温度以上,但变形较小,即形成魏氏组织。其组织特点是:塑性、、冲击韧性较低,但抗蠕变能力较好。若是起头变形温度在β转变以上,但变形水平足够大,则得到的组织特点是:α相勾划出的β晶界部门被粉碎,条状α相部门被扭曲,称为网篮状组织。其特点是塑性、、冲击韧性较魏氏组织好,近似于等轴细晶组织,高温悠久和蠕变机能较好。若是加热温度低于β转变温度,且变形水平足够,即得到等轴组织。其特点是综合机能较好,出格是塑性和冲击韧性较高。若是在α+β相区高温部门变形后又经高温退火就混合型组织,其综合机能好。

从以上对金相组织的分析可判断若TC4机能降落,可能由铸造过程中两个环节引起:

①加热温度过高,达到或超过β转变温度;

②锻件变形水平不够大。

3.1.2 TC4铸造工艺分析

铸造温度对α+β钛合金的β晶粒尺寸与室温机能的影响是随着温度的提高(β相转变以上)β晶粒变大,而延长率和断面收缩率变小,塑性降落;为了保障TC4锻件拥有优良的综合机能,应在β转变温度以下铸造。钛合金变形抗力较高,但导热性较差;铸造时在合金剧烈流动和过重锤击下,产生的变形可能使锻件个别部位温度超过β转变温度,还有变形水平过大、、过小等成分城市引起晶粒粗壮,使机能降落。综合上述可初步确定可能引起TC4锻件机能不合格的原因:

①该批锻坯加热时温度过高、、超过β转变点;

②铸造时单次锤击过重,使单次变形水平过大,引起部门过热和荟萃再结晶,使机能降落。

③锻后热处置温度过高,使TC4锻件温度超过了β转变点,形成魏氏组织,降低锻件机能。

3.2 TC4铸造工艺参数扭转及试验了局

3.2.1 试验参数的拔取和了局

针对以上分析,扭转TC4铸造工艺参数(表1)同时铸造时把稳轻打快打。(注:下料尺寸￠50×113,锻件尺寸50×65×65)

试验了局:所有机能指标均合格,其中“缺口应力断裂”指标均大于5小时。

3.2.2 试验了局分析

(1)从炉温及始锻温度看,加热温度并没有过高,即便再超过20℃仍可锻出合格件。

(2)试验当选取单次锤击轻打快打,试验锻件机能达标,证明轻打快打是改善锻件机能的一个重要成分。

(3)锻后热处置温度比原参数降低20℃,也可能是改善机能的一个成分,由于从温度上看,若炉温由于控温误差达到795℃,这就超过了出产注明书划定的780℃,就会导致锻件机能降落。

3.2.3 试验了局验证及结论

为了进一步验证试验了局,又结合出产作了一个试验(表2),在锤击时仍维持轻打快打的步骤;了局锻件检测全数合格,“缺口应力断裂”指标均大于5小时。

试验前后TC4钛合金锻件力学机能见上(表3)。通过试验得出结论:在进行TC4钛合金锻件出产时,应严格节制铸造的工艺参数;首先把稳铸造中轻打快打,降低单次锤击变形量,其次锻后热处置温度理论值应定在760～770℃领域内,这样能力保障TC4锻件的铸造质量。

4、、钛合金铸造工艺的发展远景

钛合金的铸造工艺宽泛利用于航空、、航天制作业,等温铸造工艺已用于出产发起机的零件和飞机结构件上;也越来越受到汽车、、电力和舰船等工业部门的欢迎。在国外,钛合金的利用已发展到很高的水平,利用于更高温度的TiAL合金及金属间化合物已被人们所器重,并进行了大量的钻研;为了更好地利用这些资料,同时对其变形工艺的也做了很多钻研。人们还越来越器重对更高强度的亚β型钛合金的钻研。钛合金的利用及铸造工艺的钻研仍将是一项热点的课题。

参考文件

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